物理光学期末考试题及答案

物理光学期末考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.关于光波的性质，下列说法正确的是？A.光波是纵波，电场矢量沿传播方向振动B.在真空中，光波的电场与磁场相互平行C.在各向同性介质中，光速与介质折射率的关系为vD.光波的传播方向与电场和磁场所在平面共面答案：C解析：光波是横波，电场矢量E、磁场矢量H和传播方向k两两垂直；介质中光速v=2.两个独立光源发出的光在空间叠加时，不能得到稳定的干涉条纹，主要原因是？A.两束光的强度相差太大B.两束光的波长略有不同C.两束光的相位差不恒定，随机变化D.两束光的传播方向不平行答案：C解析：独立光源中每个原子发光的相位随机跳变，无法满足相位差恒定的相干条件。3.在杨氏双缝实验中，双缝间距为1.0mm，缝屏距为1.0m，用波长为600nm的光照射，相邻明纹间距为？A.0.06mmB.0.6mmC.6mmD.60mm答案：B解析：Δx4.用波长为λ的单色光垂直入射到折射率为n的薄膜上，薄膜上下方均为空气。若在反射方向观察到干涉加强，则膜的最小光学厚度nhA.λB.λC.λD.3答案：A解析：上表面反射有半波损失，反射加强条件为2nh=5.在单缝夫琅禾费衍射实验中，若将缝宽增大为原来的2倍，其他条件不变，中央明纹宽度将？A.增大为原来的2倍B.减小为原来的1/2C.不变D.变为原来的4倍答案：B解析：中央明纹宽度Δx6.一光栅的光栅常数为d，缝宽为a。当d/A.kB.kC.kD.k答案：C解析：缺级条件k=7.一束自然光依次通过两个透振方向夹角为60∘A.1B.1C.1D.3答案：C8.自然光从空气射向折射率n=1.5的玻璃表面，当入射角等于布儒斯特角A.反射光线与折射光线垂直，反射光振动方向平行于入射面B.反射光线与折射光线垂直，反射光振动方向垂直于入射面C.入射角等于折射角，反射光振动方向垂直于入射面D.tani答案：B解析：布儒斯特角满足iB9.关于晶体双折射，下列说法正确的是？A.o光和e光在晶体中沿各方向传播速度都相同B.光沿晶体光轴方向传播时，o光和e光速度相同C.e光在晶体中始终遵守折射定律D.o光在晶体中不遵守折射定律答案：B解析：在光轴方向上，o光与e光传播速度相同；o光遵守折射定律，e光一般不遵守。10.激光的相干性明显优于普通光源，其主要原因是？A.输出功率大B.单色性好，线宽很窄C.方向性强D.偏振度高答案：B二、填空题（每空1分，共20分）1.真空中光速为c=3×2.两列光波产生稳定干涉的条件是频率相同、\\\\\\和相位差恒定。3.杨氏双缝干涉实验中，缝间距为d，缝屏距为D，波长为λ，第k级明纹中心位置xk4.光从光疏介质射向光密介质表面反射时，反射光发生\\\\\\现象，相当于相位突变π。5.空气中折射率为n的增透膜，对真空中波长为λ的光，最小厚度为h=6.迈克尔逊干涉仪中，反射镜移动距离为Δd，屏上干涉条纹移动数为ΔN，则7.单缝夫琅禾费衍射中央明纹的半角宽度θ=____8.光栅的分辨本领R=λ/Δλ9.马吕斯定律的数学表达式为I=10.布儒斯特定律的表达式为taniB=__11.在晶体中，光沿\\\\\\方向传播时，o光和e光传播速度相同。12.自然光通过一个理想偏振片后，透射光强为入射光强的\\\\\\。13.线偏振光通过λ/4波片，且振动方向与波片光轴成45∘角时，出射光为\\\\14.用白光做杨氏双缝干涉实验时，除中央为白色明纹外，两侧条纹将是\\\\\\条纹。15.衍射按光源、衍射屏和观察屏之间的距离，可分为菲涅耳衍射和\\\\\\衍射。16.光栅衍射的缺级条件为k=(d/a)k′，其中17.线偏振光通过λ/2波片后，若入射振动方向与光轴夹角为θ，则出射光振动方向转过\\\\\18.激光器的三个基本组成部分为工作物质、\\\\\\和光学谐振腔。19.光照射到物体表面时产生的压强称为\\\\\\。20.介质折射率随\\\\\\变化的现象称为色散。答案：1.c/v；2.振动方向相同；3.kλDd；4.半波损失；5.λ4n；6.ΔN⋅λ2；7.λ三、简答题（每题5分，共20分）1.简述光波产生稳定干涉的条件，并说明为什么两个独立光源不能产生稳定的干涉条纹。答案：(1)相干条件：频率相同、振动方向相同（至少不能相互垂直）、相位差恒定。(2)两个独立光源中，大量原子各自独立地、随机地发光，每次自发辐射的相位随机变化，彼此之间没有固定的相位关系。叠加后只能得到光强的非相干相加，不能形成稳定的干涉条纹。2.用菲涅耳半波带法简述单缝夫琅禾费衍射的暗纹条件。答案：将单缝处波面沿缝宽方向分割成许多等宽窄带，使相邻窄带上对应点到观察点的光程差为λ/2，这样的窄带称为半波带。当衍射角a时，缝内波面恰可分成2k3.什么是布儒斯特定律？为什么以布儒斯特角入射时反射光成为线偏振光？答案：当自然光从折射率n1的介质射向折射率n2的介质时，若入射角tan反射光便成为振动方向垂直于入射面的完全线偏振光，这就是布儒斯特定律，iB由菲涅耳公式可知，此时反射光线与折射光线互相垂直，反射光中平行于入射面的振动分量反射系数为零，只剩下垂直于入射面的分量，所以反射光为线偏振光。4.简述线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的定义，并各举一种产生方法。•线偏振光：光矢量端点沿一直线振动。产生方法：自然光通过偏振片。•圆偏振光：光矢量端点随时间作圆周运动。产生方法：线偏振光垂直入射到λ/4波片，且振动方向与光轴成•椭圆偏振光：光矢量端点随时间作椭圆运动。产生方法：线偏振光垂直入射到λ/4波片，但振动方向与光轴夹角不是0∘、45四、计算题（每题10分，共40分）1.杨氏双缝实验中，双缝间距d=0.20 mm(1)求相邻明条纹间距；(2)若在上缝前插入一块厚度e=1.0 答案：(1)2.5 (2)移动1个干涉级，条纹向覆盖薄片的上缝一侧移动。解析：(1)双缝干涉明纹位置为xkΔ(2)插入薄片后，上缝光程增加(n−1δ零级明纹由δ′Δ零级位置满足x=2.折射率n=(1)若在反射方向观察到波长λ=(2)若要使该波长的绿光在透射方向加强，膜的最小厚度又是多少？答案：(1)约103 (2)约207 解析：垂直入射时，上表面反射（空气到膜）有半波损失，下表面反射（膜到空气）无半波损失。(1)反射加强条件为2即2nh=h(2)透射加强对应于反射减弱（能量守恒），由2得2nh=h3.一块光栅每毫米有500条缝，总宽度为2cm，用波长λ=(1)求光栅常数；(2)求理论上能观察到的最大衍射级次；(3)若缝宽a=(4)求第一级光谱能分辨的最小波长差。答案：(1)2 (2)3；(3)±2(4)0.06 解析：(1)每毫米500条缝，光栅常数为d(2)由光栅方程dsinθ=k所以最大可见级次为k=(3)缺级条件为k在k=0,(4)光栅总缝数为N第一级光谱分辨本领R=Δ4.强度为I0的自